人間の手先インピーダンス特性の実験的解折と運動内部モデルの構築

Research Project

Project/Area Number	07750502
Research Category	Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	計測・制御工学
Research Institution	Hiroshima University
Principal Investigator	辻敏夫広島大学, 工学部, 助教授 (90179995)
Project Period (FY)	1995
Project Status	Completed (Fiscal Year 1995)
Budget Amount *help	¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 1995: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords	運動制御 / インピーダンス制御 / 生体運動系 / マンピュレータ制御
Research Abstract	本研究では,人間の手先インピーダンスを実験的に計測し,そのモデル化を試みた.主要な結果は以下の通りである. 1.回転型インピーダンス推定装置の開発人間の手先インピーダンスを2次元で推定するために,推力制御が可能なリニアモータ(日本トムソン(株)製)を回転台上に設置し,任意の角度に位置決め可能な2軸インピーダンス推定装置を新しく開発した.この実験装置のハンドルを制御用コンピュータ・アナログ入出力装置を用いて剛性制御し、作業中の被験者の手先を強制的に変位させる。そしてその結果生じる反力を測定し,人間の手先インピーダンスを推定する。この装置により昨年度までは1方向しか推定できなかった人間の手先インピーダンスを2次元平面に拡張することができた. 2.人間の手先インピーダンス調節機構のモデル化被験者に,1)上肢姿勢保持,2)筋収縮レベル維持,3)手先力維持という3種類の作業課題を与え,作業中の被試者の手先インピーダンスが,上肢の姿勢,筋収縮レベルによりどのように変化するかを実験的に解析した.そして,上肢関節角度(肩・肘の2関節)と筋収縮レベル(肩,肘関節に作用する6つの筋)の多項式を用いて被試者の関節インピーダンスをモデル化した.その結果,(1)関節インピーダンスを上肢の姿勢,筋収縮レベルの多項式で精度よく表現できること,(2)手先インピーダンスの変化が腕の運動学を表すヤコビ行列に強く影響されていること,(3)各筋の粘弾性係数を筋電位から推定した筋収縮レベルの多項式で近似できること,などを明らかにした. 今後は,開発したインピーダンス推定装置をより推定精度の高いものに改良するとともに,本研究で構築したインピーダンスモデルを人間とロボットの協調作業に応用できればと考えている.